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鋰電池為何不能取代鉛酸電池

2019/6/3 9:28:55??????點擊:

需求

  目前鋰離(li)子電池(chi)主要應用在(zai)手機(ji)、平板電腦等3C類電子產品領域,在(zai)已經商業(ye)化的(de)(de)電池(chi)中具(ju)備最高的(de)(de)能(neng)(neng)量密(mi)度(du),但是仍然不(bu)能(neng)(neng)滿足(zu)人(ren)們(men)的(de)(de)需求,為什么(me)?歸結起來一句話,有限的(de)(de)空(kong)間(jian)內塞(sai)不(bu)進去更大的(de)(de)電芯(xin)。人(ren)們(men)對(dui)3C產品的(de)(de)體(ti)積、重量有著嚴格的(de)(de)要求,所以能(neng)(neng)夠提供(gong)給(gei)電池(chi)的(de)(de)空(kong)間(jian)有限。

  性能

  盡管大家都公(gong)認鋰離(li)子電(dian)池(chi)有一統江湖的趨勢,但是(shi)至少在兩個(ge)方面他(ta)是(shi)弱于鉛酸電(dian)池(chi)的,而這兩點在汽車啟(qi)動電(dian)源上更是(shi)招招致命:低溫性(xing)能和(he)大電(dian)流性(xing)能。


  首先說低(di)溫(wen)(wen)(wen)性能(neng),鉛酸(suan)電(dian)(dian)(dian)(dian)池在(zai)(zai)低(di)溫(wen)(wen)(wen)下的(de)放(fang)電(dian)(dian)(dian)(dian)性能(neng)其(qi)實(shi)還(huan)是很不錯(cuo)的(de),在(zai)(zai)-10℃的(de)溫(wen)(wen)(wen)度下以(yi)10C倍率放(fang)電(dian)(dian)(dian)(dian)時,10V以(yi)上(shang)的(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)壓保持時間能(neng)夠大(da)于90s,這(zhe)足以(yi)應(ying)付中國絕大(da)多數地區的(de)惡劣環境(jing);而(er)鋰離(li)子(zi)電(dian)(dian)(dian)(dian)池的(de)低(di)溫(wen)(wen)(wen)性能(neng)要(yao)差上(shang)許多,尤(you)其(qi)是呼聲最高(gao)的(de)LiFePO4(磷酸(suan)鐵(tie)鋰)材料,其(qi)低(di)溫(wen)(wen)(wen)下的(de)放(fang)電(dian)(dian)(dian)(dian)性能(neng)將會急劇(ju)衰(shuai)減,在(zai)(zai)東北和西(xi)北地區很難實(shi)現實(shi)際(ji)應(ying)用,或者說距離(li)實(shi)際(ji)應(ying)用還(huan)有(you)很遠的(de)路要(yao)走(zou)。

  安全性

  啟動電源使用在汽車(che)上大(da)都是固定在發動機艙的位置(zhi),且具有較高的密閉(bi)性,因此安全性對汽車(che)來說(shuo)至關重(zhong)要,幾百安的電流瞬間(jian)釋放出來所(suo)帶來的熱量(liang)和潛在危險(xian)不言而喻(yu)。

        鉛酸電池的(de)安(an)全性(xing)在目前的(de)電池系(xi)統(tong)里屬于極高的(de)等級,首先,大電流(liu)性(xing)能(neng)優異意(yi)(yi)味著(zhu)電池不容易發(fa)生意(yi)(yi)外(wai)(wai);其次,即便發(fa)生意(yi)(yi)外(wai)(wai),正負極材(cai)料(liao)都是鉛的(de)化合(he)物(wu),而電解液還是硫(liu)酸溶(rong)液,三者都不易燃(ran),只能(neng)是導致周圍的(de)零部(bu)件燃(ran)燒。

  鋰(li)離(li)子電(dian)池(chi)的負極(ji)材(cai)料是石墨,碳材(cai)料的一(yi)(yi)種,易(yi)燃(ran)性就不需要多說了。電(dian)解液是酯類溶(rong)劑和鋰(li)鹽(yan),酯類溶(rong)劑不僅易(yi)燃(ran)而且還(huan)有極(ji)強的揮發(fa)性,一(yi)(yi)旦大(da)量放熱或者在(zai)汽車碰撞(zhuang)時(shi)(shi)容易(yi)發(fa)生燃(ran)燒甚(shen)至爆炸,將事故推(tui)高一(yi)(yi)個等級(ji),后果不堪設想。同時(shi)(shi),還(huan)有一(yi)(yi)個重要的因素不可忽略,鋰(li)離(li)子電(dian)池(chi)在(zai)大(da)電(dian)流放電(dian)時(shi)(shi)容易(yi)在(zai)負極(ji)形成鋰(li)枝晶,刺穿隔膜導致電(dian)池(chi)內部短路進而爆炸,這在(zai)鋰(li)電(dian)界是一(yi)(yi)個共識。

  其實其他(ta)的問(wen)題(ti)還(huan)有(you)很多,比如電(dian)池長期處于(yu)高荷電(dian)態(SOC)下帶(dai)來的電(dian)極材料穩定性(xing)等(deng)也是一個較大(da)的問(wen)題(ti),目前(qian)關于(yu)其研究還(huan)不(bu)多,許(xu)多機(ji)理還(huan)不(bu)清(qing)楚,等(deng)等(deng),鋰離子電(dian)池的安全性(xing)問(wen)題(ti)太多了,在這(zhe)里(li)就不(bu)一一說(shuo)明了。

        成(cheng)本

  在成(cheng)本上(shang)看(kan),鉛酸電池的成(cheng)本毫無疑問是最(zui)低的,無論是電極(ji)材(cai)料,電解(jie)液還是裝配環境(jing)要求等都遠遠低于鋰離(li)子電池。

  就電(dian)極材料(liao)而言,鋰離子(zi)電(dian)池電(dian)極材料(liao)大都需(xu)(xu)要復雜(za)的工藝制備,且要經過一個(ge)高(gao)溫熱(re)處理過程(石墨化溫度大于(yu)2000度,正極材料(liao)也大都需(xu)(xu)要七八(ba)百度),成本(ben)大都在15-20w/噸以上,石墨可能會低(di)一些;鉛(qian)酸(suan)電(dian)池使(shi)用(yong)的氧化鉛(qian)和硫酸(suan)鉛(qian)相對來(lai)說成本(ben)會低(di)很(hen)多。

  電(dian)解液的話鋰(li)(li)離子電(dian)池使用多個(ge)酯類溶劑價格較高(gao),而(er)且對含水量有嚴格的要(yao)求(qiu),大(da)都在(zai)幾十(shi)個(ge)ppm以內,電(dian)解質(zhi)鹽六氟(fu)磷酸鋰(li)(li)不(bu)僅(jin)貴而(er)且還容易分(fen)解,造(zao)成(cheng)危險(xian),分(fen)解產物之(zhi)一就是恐怖(bu)的HF,百度(du)一下即(ji)可知(zhi)道它的危害!而(er)鉛酸電(dian)池則是硫酸溶液,這個(ge)就不(bu)需要(yao)多說了吧。

  環境

  目前社會上的呼聲大都說鉛(qian)酸(suan)電(dian)(dian)池(chi)污染環(huan)境(jing)(jing),鋰(li)離子(zi)電(dian)(dian)池(chi)對環(huan)境(jing)(jing)友好等,其實(shi)這是一個很大的誤區,之前由(you)于(yu)南方小鉛(qian)酸(suan)電(dian)(dian)池(chi)廠太多不注意環(huan)保而(er)大肆排放(fang),而(er)且(qie)加上國(guo)家想要縮(suo)減鉛(qian)酸(suan)電(dian)(dian)池(chi)的規模,大力發(fa)展新能源,因(yin)此媒體(ti)的論調(diao)也(ye)有較強的針對性,實(shi)際并非如(ru)此。

  目前(qian)鉛(qian)(qian)酸電(dian)池(chi)相對于(yu)鋰(li)離子(zi)電(dian)池(chi)而(er)言做得最好(hao)的(de)(de)部分(fen)就(jiu)是回收機制。現在鉛(qian)(qian)酸電(dian)池(chi)主要(yao)應用在電(dian)動(dong)(dong)自行車和啟動(dong)(dong)電(dian)源領(ling)域,這(zhe)兩個領(ling)域都(dou)有(you)很(hen)強的(de)(de)針對性,那(nei)就(jiu)是用戶在換電(dian)池(chi)時都(dou)回到(dao)專門的(de)(de)店里去更換,為什么?可以把(ba)舊(jiu)電(dian)池(chi)折成錢買新的(de)(de)啊!這(zhe)些廢舊(jiu)的(de)(de)電(dian)池(chi)基本都(dou)會再回到(dao)專門的(de)(de)鉛(qian)(qian)板(ban)回收工廠進行二次處(chu)理重新制備電(dian)極材料。

  鋰(li)離子(zi)電(dian)池(chi)你(ni)見(jian)過有專門(men)的(de)機構(gou)回收(shou)再用(yong)來制(zhi)備(bei)電(dian)極材料嗎?原因(yin)如下:第一,鋰(li)離子(zi)電(dian)池(chi)應用(yong)領域太廣,這(zhe)就(jiu)決定了(le)(le)他(ta)的(de)回收(shou)難度;第二,鋰(li)離子(zi)電(dian)池(chi)大(da)(da)都是小型的(de),平常(chang)大(da)(da)家手(shou)機或者mp3等不用(yong)了(le)(le)大(da)(da)都是直(zhi)接扔了(le)(le)或者賣(mai)了(le)(le),這(zhe)些電(dian)池(chi)最后(hou)基本都躺在(zai)了(le)(le)垃(la)圾桶里面。

        雖然鋰離(li)子電池里面重金屬較(jiao)少,只有正極材料含有鈷金屬,但(dan)是(shi)(shi)扛不住全(quan)世界(jie)這么大的(de)用(yong)戶體量(liang)啊,長期來(lai)看(kan),這還是(shi)(shi)個問題,所以總的(de)來(lai)看(kan)鉛酸電池只要在制造過程中注意好相關的(de)環保措(cuo)施是(shi)(shi)沒有問題的(de),因為在使用(yong)中都是(shi)(shi)密(mi)封免維護的(de),最終又會有相對(dui)應的(de)回收機制。

  總結

  其實鉛酸(suan)電(dian)池絕對算是(shi)(shi)化學電(dian)源界的(de)一(yi)(yi)顆常青樹,誕生至(zhi)今已經有(you)一(yi)(yi)百多年(nian)了,近年(nian)來雖然一(yi)(yi)直說要用鋰(li)離子電(dian)池來取(qu)(qu)代,但是(shi)(shi)我覺(jue)得在一(yi)(yi)些(xie)領域(yu)暫時是(shi)(shi)根本(ben)無法取(qu)(qu)代的(de),至(zhi)少三五十年(nian)內是(shi)(shi)不可能(neng)的(de)。

  大家要用(yong)發展的(de)眼光看問題,鉛(qian)酸電(dian)池的(de)研究也(ye)一直(zhi)在進步,目前在汽車啟動電(dian)源(yuan)領域依然(ran)是(shi)無敵(di)的(de)存在,鋰離子電(dian)池還有很長的(de)路要走(zou),還年(nian)輕,希(xi)望日后能有更高端的(de)電(dian)池出現并(bing)取代之!

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